《離子晶體》教學(xué)設(shè)計(jì)3

1、第四節(jié) 離子晶體學(xué)習(xí)目標(biāo)l 能說(shuō)明離子鍵的形成，能根據(jù)離子化合物的結(jié)構(gòu)特征解釋其物理性質(zhì)。l 知道離子化合物的熱穩(wěn)定性與陰、陽(yáng)離子的半徑和電荷有關(guān)。l 了解晶格能的應(yīng)用，知道晶格能的大小可以衡量離子晶體中離子鍵的強(qiáng)弱l 能說(shuō)出分子晶體與原子晶體、離子晶體、金屬晶體的結(jié)構(gòu)基元以及物理性質(zhì)方面的主要區(qū)別知識(shí)梳理1構(gòu)成離子晶體的粒子是 ，粒子之間的相互作用是，這些粒子在晶體中(能或不能)自由移動(dòng)，所以離子晶體 (能或不能)導(dǎo)電2. 離子晶體中的配位數(shù)是指_.3._是決定離子晶體結(jié)構(gòu)的重要因素.此外, 離子晶體的結(jié)構(gòu)還取決于_.4. 離子晶體的晶格能的定義是_.離子晶體的晶格能是最能反映_的數(shù)據(jù).5.

2、 晶格能越大,形成的離子晶體_,而且熔點(diǎn)_,硬度_.典型的離子晶體，晶格能的大小與離子所帶的電荷和離子半徑的關(guān)系一般是：離子電荷高，晶格能         ，離子半徑大，晶格能         。方法導(dǎo)引1.離子晶體、原子晶體、分子晶體和金屬晶體的比較晶體類(lèi)型原子晶體分子晶體金屬晶體離子晶體晶體質(zhì)點(diǎn)（粒子）原子分子金屬陽(yáng)離子、自由電子陰、陽(yáng)離子粒子間作用（力）共價(jià)鍵分子間作用力復(fù)雜的靜電作用離子鍵熔沸點(diǎn)很高很低一般較高，少部分低較高硬度

3、很硬一般較軟一般較硬，少部分軟較硬溶解性難溶解相似相溶難溶（Na等與水反應(yīng)）易溶于極性溶劑導(dǎo)電情況不導(dǎo)電（除硅）一般不導(dǎo)電良導(dǎo)體固體不導(dǎo)電，熔化或溶于水后導(dǎo)電實(shí)例金剛石、水晶、碳化硅等干冰、冰、純硫酸、H2(S)Na、Mg、Al等NaCl、CaCO3NaOH等2物質(zhì)熔沸點(diǎn)的比較 不同類(lèi)晶體：一般情況下，原子晶體>離子晶體>分子晶體 同種類(lèi)型晶體：構(gòu)成晶體質(zhì)點(diǎn)間的作用大，則熔沸點(diǎn)高，反之則小。 四種晶體熔、沸點(diǎn)對(duì)比規(guī)律     離子晶體：結(jié)構(gòu)相似且化學(xué)式中各離子個(gè)數(shù)比相同的離子晶體中，離子半徑小(或陰、陽(yáng)離子半徑之和越小的)，鍵能越強(qiáng)的熔、沸點(diǎn)就越高。如

4、NaCl、 NaBr、Nal;NaCl、KCl、RbCl等的熔、沸點(diǎn)依次降低。     離子所帶電荷大的熔點(diǎn)較高。如：MgO熔點(diǎn)高于 NaCl     分子晶體：在組成結(jié)構(gòu)均相似的分子晶體中，式量大的分子間作用力就大熔點(diǎn)也高。如：F2、Cl2、 Br2、I2和HCl、HBr、HI等均隨式量增大。熔、沸點(diǎn)升高。但結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，有氫鍵存在熔、沸點(diǎn)較高。     原子晶體：在原子晶體中，只要成鍵原子半徑小，鍵能大的，熔點(diǎn)就高。如金剛石、金剛砂(碳化硅)、晶體硅的熔、沸點(diǎn)逐漸降低。 金屬晶體：在元素周期表中

5、，主族數(shù)越大，金屬原子半徑越小，其熔、沸點(diǎn)也就越高。如A的Al， A的Mg，IA的Na，熔、沸點(diǎn)就依次降低。而在同一主族中，金屬原子半徑越小的，其熔沸點(diǎn)越高。 常溫常壓下?tīng)顟B(tài)熔點(diǎn)：固態(tài)物質(zhì)>液態(tài)物質(zhì) 沸點(diǎn)：液態(tài)物質(zhì)>氣態(tài)物質(zhì)3.均攤法確定晶體的化學(xué)式在學(xué)習(xí)晶體時(shí)和在一些考試中，我們會(huì)遇到這樣一類(lèi)試題：題目中給出晶體的部分(稱(chēng)為晶胞)的圖形，要求我們確定晶體的化學(xué)式求解這類(lèi)題，通常采用均攤法均攤法是先求出給出的圖形(晶胞)中平均擁有的各種粒子(離子或原子)的數(shù)目，再計(jì)算各種粒子數(shù)目的比值，從而確定化學(xué)式均攤法有如下規(guī)則，以NaCl的晶胞為例：處于頂點(diǎn)的粒子，同時(shí)為8個(gè)晶胞所共有，所以

6、，每個(gè)粒子只分?jǐn)?/8給該晶胞處于棱上的粒子，同時(shí)為4個(gè)晶胞所共有，所以，每個(gè)粒子只分?jǐn)?/4給該晶胞處于面上的粒子，同時(shí)為2個(gè)晶胞所共有，所以，每個(gè)粒子只分?jǐn)?/2給該晶胞處于晶胞內(nèi)部的粒子，則完全屬于該晶胞由此算出在NaCl的晶胞中：含數(shù)：含數(shù)： 故NaCl晶體中，和數(shù)目之比為11例題解析例1.下列性質(zhì)中，可以證明某化合物內(nèi)一定存在離子鍵的是( )A、可溶于水 B、具有較高的熔點(diǎn)C、水溶液能導(dǎo)電 D、熔融狀態(tài)能導(dǎo)電 解析：本題考查對(duì)化學(xué)鍵-離子鍵的判斷。只要化合物中存在離子鍵必為離子晶體，而離子晶體區(qū)別其它晶體的突出特點(diǎn)是：熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電，故D正確；至于A可溶于水，共價(jià)化合物如：HCl也

7、可以；B具有較高熔點(diǎn)，也可能為原子晶體，如SiO2；C水溶液能導(dǎo)電，可以是共價(jià)化合物如硫酸等。答案: D 例2.參考下表中物質(zhì)的熔點(diǎn)，回答下列問(wèn)題。物 質(zhì)NaFNaClNaBrNaINaClKClRbClCsCl熔點(diǎn)（）995801755651801776715646物 質(zhì)SiF4SiCl4SiBr4SiI4SiCl4GeCl4SbCl4PbCl4熔點(diǎn)（）-90.4-70.25.2120-70.2-49.5-36.2-15(1)鈉的鹵化物及堿金屬的氯化物的熔點(diǎn)與鹵離子及堿金屬離子的_ 有關(guān),隨著 增大,熔點(diǎn)依次降低.(2)硅的鹵化物及硅、鍺、錫、鉛的氯化物熔點(diǎn)與 有關(guān),隨著 增大, 增強(qiáng)，熔點(diǎn)

8、依次升高.(3)鈉的鹵化物的熔點(diǎn)比相應(yīng)的硅的鹵化物的熔點(diǎn)高得多,這與 有關(guān),因?yàn)橐话?比 熔點(diǎn)高.解析：本題主要考查物質(zhì)溶沸點(diǎn)的高低與晶體類(lèi)型和晶體內(nèi)部微粒之間作用力的關(guān)系以及分析數(shù)據(jù)進(jìn)行推理的能力。（1）表中第一欄的熔點(diǎn)明顯高于第二欄的熔點(diǎn)，第一欄為IA元素與A元素組成的離子晶體，則第二欄為分子晶體。（2）分析比較離子晶體熔點(diǎn)高低的影響因素：物質(zhì)熔化實(shí)質(zhì)是減弱晶體內(nèi)微粒間的作用力，而離子晶體內(nèi)是陰、陽(yáng)離子，因此離子晶體的熔化實(shí)際上是減弱陰、陽(yáng)離子間的作用力-離子鍵，故離子晶體的熔點(diǎn)與離子鍵的強(qiáng)弱有關(guān)。從鈉的鹵化物進(jìn)行比較：鹵素離子半徑是r（F-）<r(Cl-)<r(Br-)<

9、;r(I-)，說(shuō)明熔點(diǎn)隨鹵素陰離子半徑的增大而減小。又從堿金屬的氯化物進(jìn)行比較：堿金屬陽(yáng)離子半徑是r（Na+）<r(K+)<r(Rb+)<r(Cs+)，說(shuō)明熔點(diǎn)隨堿金屬陽(yáng)離子半徑的增大而減小。（3）分析比較分子晶體熔點(diǎn)高低的影響因素：分子晶體內(nèi)的微粒是分子，因此分子晶體的熔點(diǎn)與分子間的作用力有關(guān)。從硅的鹵化物進(jìn)行比較：硅的鹵化物分子具有相似的結(jié)構(gòu)，從SiF4到SiI4相對(duì)分子量逐步增大，說(shuō)明熔點(diǎn)隨化學(xué)式的式量的增加而增大。由從硅、鍺、錫、鉛的氯化物進(jìn)行比較：這些氯化物具有相似的結(jié)構(gòu)，從SiCl4到PbCl4相對(duì)分子質(zhì)量逐步增大，說(shuō)明熔點(diǎn)隨化學(xué)式的式量的增加而增大。答案：第一問(wèn)

10、 半徑，半徑第二問(wèn)：相對(duì)分子質(zhì)量，相對(duì)分子質(zhì)量，分子間作用力。第三問(wèn)：晶體類(lèi)型，離子晶體，分子晶體。例3.（1）中學(xué)化學(xué)教材中圖示了NaCl晶體結(jié)構(gòu)，它向三維空間延伸得到完美晶體。NiO（氧化鎳）晶體的結(jié)構(gòu)與NaCl 相同，Ni2+與最臨近O2-的核間距離為a×10-8cm,計(jì)算NiO晶體的密度（已知NiO的摩爾質(zhì)量為74.7g/mol）。（2）天然和絕大部分人工制備的晶體都存在各種缺陷，例如在某氧化鎳晶體中就存在如圖所示的缺陷：一個(gè)Ni2+空缺，另有兩個(gè)Ni2+被兩個(gè)Ni3+所取代。其結(jié)果晶體仍呈電中性，但化合物中Ni和O的比值卻發(fā)生了變化。某氧化鎳樣品組成Ni0.97O,試計(jì)算該

11、晶體中Ni3+ 與Ni2+的離子個(gè)數(shù)之比。解析:（1）如圖所示，以立方體作為計(jì)算單元，此結(jié)構(gòu)中含有Ni2+O2-離子數(shù)為：4×=（個(gè)），所以1mol NiO晶體中應(yīng)含有此結(jié)構(gòu)的數(shù)目為6.02×1023÷=12.04×1023（個(gè)），又因一個(gè)此結(jié)構(gòu)的體積為（a×10-8cm）3, 所以1mol NiO的體積為12.04×1023×（a×10-8cm）3 ,NiO的摩爾質(zhì)量為74.7g/ mol,所以NiO晶體的密度為 （g/cm3）（2）解法一（列方程）：設(shè)1mol Ni0.97O中含Ni3+為x mol, Ni2+

12、為y mol , 則得 x+y=0.97 (Ni原子個(gè)數(shù)守恒)3x+2y=2 (電荷守恒)解得x=0.06 , y=0.91 故n (Ni3+) ：n(Ni2+) = 6 ：91解法二（十字交叉）：由化學(xué)式Ni0.97O求出Ni的平均化合價(jià)為2/0.97，則有Ni3+ 3 0.06 /0.97 2 / 0.97Ni2+ 2 0.91 / 0.97故 n (Ni3+) ：n(Ni2+) = 6 ：91。解法三 直接分析法依題意，一個(gè)Ni2+空缺，另有兩個(gè)Ni2+被兩個(gè)Ni3+取代。由Ni0.97O可知，每100個(gè)氧離子，就有97個(gè)鎳離子，有三個(gè)Ni2+空缺，也就有6個(gè)Ni2+被Ni3+所取代，所

13、以Ni3+有6個(gè)，Ni2+為97-6=91個(gè)。即Ni3+與Ni2+之比為6：91。解法四 雞兔同籠發(fā)從Ni0.97O可知，假如有100個(gè)氧離子，就有97個(gè)鎳離子，假設(shè)這97個(gè)鎳離子都是+2價(jià)，那么正價(jià)總和為194價(jià)，負(fù)價(jià)總和為200價(jià)。為什么還差+6價(jià)呢？這是因?yàn)槎嗉僭O(shè)6個(gè)+2價(jià)的鎳離子。實(shí)際上有Ni3+6個(gè)、Ni2+91個(gè)。所以Ni3+與Ni2+的個(gè)數(shù)比為6：91。說(shuō)明：求解晶體結(jié)構(gòu)計(jì)算題，空間三維立體想象是關(guān)鍵。要運(yùn)用分割、增補(bǔ)等手段。借此類(lèi)題的中心思想是把化學(xué)問(wèn)題抽象成數(shù)學(xué)問(wèn)題來(lái)解決。基礎(chǔ)訓(xùn)練1. 由鉀和氧組成的某種離子晶體中含鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為78/126，其陰離子只有過(guò)氧離子(O22)和

14、超氧離子(O2)兩種。在此晶體中，過(guò)氧離子和超氧離子的物質(zhì)的量之比為( )A. 21 B. 11 C. 12 D. 132食鹽晶體如右圖所示。在晶體中，· 表示Na+，o 表示Cl-。已知食鹽的密度為r g / cm3，NaCl摩爾質(zhì)量M g / mol，阿伏加德羅常數(shù)為N，則在食鹽晶體里Na+和Cl-的間距大約是 ( )A. cm B. cm A. cm D. cm 3下列物質(zhì)中，含有共價(jià)鍵的離子晶體是 ( )ANaClBNaOHCNH4ClDI24實(shí)現(xiàn)下列變化，需克服相同類(lèi)型作用力的是 ( )A石墨和干冰的熔化B食鹽和冰醋酸的熔化C液溴和水的汽化D純堿和燒堿的熔化5下列性質(zhì)中，能

15、較充分說(shuō)明某晶體是離子晶體的是( )A具有高的熔點(diǎn)B固態(tài)不導(dǎo)電，水溶液能導(dǎo)電C可溶于水D固態(tài)不導(dǎo)電，熔化狀態(tài)能導(dǎo)電6下列敘述中正確的是( )A離子晶體中肯定不含非極性共價(jià)鍵B原子晶體的熔點(diǎn)肯定高于其他晶體C由分子組成的物質(zhì)其熔點(diǎn)一定較低D原子晶體中除去極性共價(jià)鍵外不可能存在其他類(lèi)型的化學(xué)鍵7.某物質(zhì)的晶體中，含A、B、C三種元素，其排列方式如右圖所示（其中前后兩面心上的B原子不能畫(huà)出），晶體中A、B、C的原子個(gè)數(shù)比依次為 ( )A1：3：1B2：3：1C2：2：1D1：3：38.實(shí)現(xiàn)下列變化，需克服相同類(lèi)型作用力的是( )A碘和干冰升華 B二氧化硅和生石灰熔化C氯化鈉和鐵熔化 D苯和乙烷蒸發(fā)9

16、.下列各組物質(zhì)的晶體中，化學(xué)鍵類(lèi)型相同，晶體類(lèi)型也相同的是( )ASO2和SiO2 BCO2和H2OCNaCl和HCl DCCl4和KCl10.如下圖所示，是一種晶體的晶胞，該離子晶體的化學(xué)式為（ ）AABC BABC3 CAB2C3 DAB3C311實(shí)現(xiàn)下列變化時(shí)，需克服相同類(lèi)型作用力的是（ ）A水晶和干冰的熔化 B食鹽和冰醋酸的熔化C液溴和液汞的汽化 D純堿和燒堿的熔化12.2001年，日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了便于應(yīng)用、可把阻抗降為零的由硼和鎂兩種元素組成的超導(dǎo)材料。這是27年來(lái)首次更新了金屬超導(dǎo)體的記錄，是目前金屬化合物超導(dǎo)體的最高溫度。該化合物也因此被美國(guó)科學(xué)雜志評(píng)為2001年十大科技突破之一

17、。圖為該化合物的晶體結(jié)構(gòu)單元示意圖：鎂原子間形成正六棱柱，且棱柱的上下底面還各有一個(gè)鎂原子，6個(gè)硼原子位于棱柱內(nèi)。則該化合物的化學(xué)式可表示為 （ ）A.MgB B.MgB2 CMg2B D.Mg3B213.如下圖為高溫超導(dǎo)領(lǐng)域里的一種化合物鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是具有代表性的最小重復(fù)單元 (1)在該物質(zhì)的晶體中，每個(gè)鈦離子周?chē)c它最接近的且等距離的鈦離子共有個(gè)(2)該晶體中，元素氧、鈦、鈣的個(gè)數(shù)比是 14.1mol氣態(tài)鈉離子和1mol氣態(tài)氯離子結(jié)合生成1mol氯化鈉晶體釋放出的熱能為氯化鈉晶體的晶格能。下列熱化學(xué)方程中，能直接表示出氯化鈉晶體格能的是 。ANa+(g)+Cl(g) NaCl(s

18、); H BNa(s)+Cl2(g) NaCl(s); H1 CNa(s) Na(g); H2 DNa(g)e Na+(g); H3ECl2(g) Cl(g); H4 FCl(g)+e Cl(g); H515. NaCl晶體中Na+與Cl-都是等距離交錯(cuò)排列，若食鹽的密度是2.2g/cm3,阿伏加德羅常數(shù)為6.02×1023mol-1,食鹽的摩爾質(zhì)量為58.5g.mol。求食鹽晶體中兩個(gè)距離最近的鈉離子中心間的距離是多少。拓展提高16.晶態(tài)氯化鈉是晶體，晶體中，每個(gè)鈉離子周?chē)袀€(gè)氯離子，每個(gè)氯離子周?chē)袀€(gè)鈉離子，鈉離子半徑比氯離子半徑。在氯化物MCl中，M在第六周期，是鈉的同族元素，

19、該晶體中，每個(gè)陽(yáng)離子周期有氯離子。鈉的金屬性比M。氯化鈉的電子式是，熔融后導(dǎo)電（填“能”或“不能”）。Na+(或Cl-)周?chē)?個(gè)Cl- (或Na+)相鄰的連線(xiàn)構(gòu)成的面是什么樣的多面體?每個(gè)Na+(或Cl-)周?chē)c之距離最近且距離相等的Na+(或Cl-)有幾個(gè)?17晶體具有規(guī)則的幾何外形，晶體中最基本的重復(fù)單位稱(chēng)為晶胞。 NaCl晶體結(jié)構(gòu)如右圖所示。已知FexO晶體晶胞結(jié)構(gòu)為NaCl型，由于晶體缺陷，x值小于1。測(cè)知FexO晶體密度為g/cm3，晶胞邊長(zhǎng)為4.28×10-10m。 FexO中x值(精確至0.01)為_(kāi)。 晶體中的Fe分別為Fe2+、Fe3+，在Fe2+和Fe3+的總數(shù)

20、中，F(xiàn)e2+所 占分?jǐn)?shù)(用小數(shù)表示，精確至0.001)為_(kāi)。 此晶體化學(xué)式為_(kāi)。 與某個(gè)Fe2+(或Fe3+)距離最近且等距離的O2-圍成的空間幾何構(gòu)型形狀是_。 在晶體中，鐵元素的離子間最短距離為_(kāi)m。18.某離子晶體晶胞結(jié)構(gòu)如右圖所示，X位于立方體的頂點(diǎn)，Y位于立方體的中心，試回答：（1）晶體中每個(gè)Y同時(shí)吸引著 個(gè)X，每個(gè)X同時(shí)吸引著 個(gè)Y，該晶體的化學(xué)式為 。（2）晶體中在每個(gè)X周?chē)c它最接近且距離相等的X共有 個(gè)。（3）晶體中距離最近的2個(gè)X與一個(gè)Y形成的夾角（XYX）為（填角的度數(shù)） 。（4）設(shè)該晶體的摩爾質(zhì)量為M g·mol-1，晶體密度為g·cm-3，阿伏加德

21、羅常數(shù)為NA，則晶體中兩個(gè)距離最近的X中心間的距離為 cm。19.如圖，直線(xiàn)交點(diǎn)處的圓圈為NaCl晶體中離子或離子所處的位置這兩種離子在空間3個(gè)互相垂直的方向上都是等距離排列的(1)請(qǐng)將其中代表離子的圓圈涂黑(不必考慮體積大小)，以完成NaCl晶體結(jié)構(gòu)示意圖(2)晶體中，在每個(gè)離子的周?chē)c它最接近的且距離相等的共有_個(gè)(3)晶體中每一個(gè)重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元叫晶胞在NaCl晶胞中正六面體的頂點(diǎn)上、面上、棱上的或Cl-為該晶胞與其相鄰的晶胞所共有，一個(gè)晶胞中Cl-離子的個(gè)數(shù)等于_，即(填計(jì)算式)_；離子的個(gè)數(shù)等于_，即(填計(jì)算式)_(4)設(shè)NaCl的摩爾質(zhì)量為，食鹽晶體的密度為，阿伏加德羅常數(shù)為食鹽晶體中兩個(gè)距離最近的鈉離子中心間的距離為_(kāi)cm參考答案1. C 2. B 3. B C 4. C D 5. D 6. D 7. A 8. A D 9. B 10. B 11. D 12. B13.解析：從所給模型圖中可看出每個(gè)鈦離子的上下前后和左右各有